圆形螺旋组合箍筋约束方柱轴压性能试验研究

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圆形复合螺旋箍筋的配箍形式是将普通方箍在外圈、螺旋箍筋在内圈组成的复合箍筋形式;普通方箍虽然能在角部混凝土形成有效约束,但对中部混凝土约束效果不明显,而螺旋箍筋能对中部核心混凝土形成有效约束,但对角部混凝土造成很大程度的浪费,因此合理配置下的圆形复合螺旋箍筋形式,理论上能够较好地提升混凝土柱的承载力、变形能力和延性;底层柱在建筑中往往承受最大的轴向或偏心荷载,实际工程往往都采用较高强度的混凝土和钢筋来提高底层柱承载力,此时采用复合箍筋形式就能够有效的节约材料和成本,大大减少了资源的浪费,因此具有重要意义。本文以控制配箍特征值相近为核心,以箍筋间距、混凝土强度为变量,设计了6根混凝土柱进行了轴压试验。本文提出配置圆形复合螺旋箍筋的混凝土柱的承载力与延性等性能与普通柱相比会有不同程度的提高。试验研究了柱的破坏形态,裂缝开展速度以及钢筋屈服前后的破坏现象。结果表明,圆形复合螺旋箍筋对于柱的力学性能有很好的提高,并且混凝土强度、箍筋间距均是影响柱力学性能的关键变量,不同试件极限承载力在数值上的提高要大于单纯提高混凝土强度所带来的对承载力的贡献;混凝土强度对延性的高低有主导作用,而箍筋加对极限压应变的提升要优于混凝土强度升高所带来的效果。通过ABAQUS对设计的7个模型进行非线性模拟分析,混凝土柱整体呈现出“灯笼状”变形,角部出现应力集中,较大塑性损伤总是集中在混凝土中部,螺旋箍筋与普通箍筋整体的约束应力均较高,混凝土强度则需和箍筋强度相匹配,互相更为充分地利用,并且当配箍特征值相近时,混凝土强度越大,承载力越大。基于试验和分析,最终改进了配有间接钢筋的柱的轴压承载力公式,提出了配置圆形复合螺旋箍筋的柱的正截面承载力计算公式,公式中考虑了双重箍筋约束对混凝土轴心抗压强度的提高的影响,通过与模拟值、试验值进行对比,强化了所提方法的有效性。
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